Sut Mae Ffracsiwn Cyfrol Cynhwysiadau Nitrid Titaniwm Sylfaenol (TiN) mewn Tiwbiau Gwain Gwresogydd 316L yn Rheoli Safleoedd Cychwyn Tyllu mewn Dŵr Môr Clorinedig ar 40 gradd

Y Difrod Mwyaf-Cynhwysiad Gwrthiannol Mewn Amodau Ocsideiddio

The use of chlorine (normally 0.5-2 ppm residual) as a biocide results in highly oxidising conditions for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in chlorinated seawater service (e.g., marine heat exchangers, cooling systems for coastal power plants or offshore platform heaters). Under these conditions, the common pitting initiators, manganese sulphide (MnS) inclusions, are oxidised rapidly and dissolved, but primary titanium nitride (TiN) inclusions become the dominant pitting initiator sites. TiN inclusions are hard, angular and electrically conducting. During solidification , precipitation of chromium-rich carbides and nitrides occurs leading to depletion of chromium and molybdenum at their edge in the surrounding austenite matrix . TiN inclusions >Pyllau niwclead 5-10 µm mewn dŵr môr clorinedig ar 40 gradd mewn 500-1,000 o oriau. Deunydd gyda ffracsiynau cyfaint TiN<0.001% (essentially TiN free) remains pitting free for >10,000 o oriau. Mae'r papur hwn yn asesu'r cysylltiad ystadegol rhwng cynnwys TiN, dwysedd cychwyn y pwll a bywyd gwasanaeth dŵr môr clorinedig.

Tyllu a achosir gan tin o dan amodau ocsideiddio: Astudiaeth Fecanyddol

Mae titaniwm yn aml yn cael ei ychwanegu at 316L fel elfen sefydlogi (316Ti) neu fel sgil-gynnyrch titaniwm-gwneud dur deocsidiedig. Mae'r solidiad ar dymheredd uchel yn arwain at ffurfio cynhwysiant cynradd titaniwm nitrid (TiN), sydd fel arfer yn 2- 20 µm o faint ac yn meddu ar siâp ciwbig onglog. Tra bod MnS yn hydoddi'n weithredol mae TiN yn sefydlog yn thermodynamig yn y matrics austenitig. Fodd bynnag, mae gan ryngwyneb matrics TiN nodweddion amrywiol sy'n ffafrio tyllu. Yn gyntaf, yn ystod solidiad, mae nitridau titaniwm yn gwaddodi ar dymheredd uchel ac mae'r dur hylif o'i amgylch yn mynd yn disbyddu mewn cromiwm a molybdenwm, gan ffurfio hydoddyn-parth gwael 0.5-3 µm o led gyda Cr mor isel â 12-14% (vs. 17-18% swmp). Yn ail, mae'r gronyn TiN ei hun yn lled-ddargludol a gall weithredu fel catod, gan achosi diddymiad anodig o'r matrics cyfagos. Yn drydydd, mae ffurf onglog TiN yn creu hollt yn y rhyngwyneb matrics cynhwysiant. Mewn dŵr môr clorinedig (potensial ocsidiad uchel) mae'r gronyn TiN yn gweithredu fel catod hynod effeithlon ac mae'r matrics wedi'i ddisbyddu gan gromiwm yn ei gymdogaeth yn hydoddi'n ffafriol.

Cydberthynas ffracsiwn cyfaint TiN a chorydiad tyllu mewn dŵr môr clorinedig

Mae profion datguddiad rheoledig o diwbiau 316L gyda chynnwys TiN amrywiol (o wahanol weithdrefnau gwneud dur) wedi dangos y dwyseddau cychwyn pwll canlynol mewn dŵr môr clorinedig synthetig (clorin rhydd 1.5 ppm, 20,000 ppm Cl -, pH 8.0) ar 40 gradd am 5,000 o oriau:

Cyfaint Ffracsiwn Cynhwysiant Tun (％) Cynhwysiad TiN Maint Amrediad (µm) Trwch Pwll Morffoleg Tun ar ôl 5,000 o oriau (pyllau/cm2) Dyfnder Pwll Uchaf ar ôl 5,000 awr (µm) Amser i'r Pwll Sefydlog Cyntaf (oriau) Argymhellir ar gyfer Gwasanaeth Dŵr Môr Clorinedig<0.0005 (Ti-free 316L) None None <0.1 <10 >10,000 Best 0.0005-0.001 1-3 Few, fine 0.1-0.5 10-25 5,000-10,000 Excellent 0.001-0.002 2-5 Scattered 0.5-2 20-40 2,000-5,000 Acceptable 0.002-0.005 3-8 Moderate 2-5 30-60 1,000-2,000 Marginal 0.005-0.010 5-12 Frequent 5-15 50-80 500-1,000 Not recommended 0.010-0.020 8-15 Numerous, angular 15-40 60-100 200-500 Unacceptable >0.020 >15 Extensive, clusters >40 >100 <200 Unacceptable
Cymharu cynhwysiant Tin a MnS mewn amgylcheddau clorinedig

Mae clorineiddiad yn newid ymosodol cymharol gwahanol fathau o gynhwysion yn sylweddol. Mae'r tabl isod yn cymharu cychwyniad tyllu o MnS yn erbyn TiN mewn dŵr môr heb ei glorineiddio yn erbyn clorinedig ar 40C.

Math o Gynhwysiad Ffracsiwn cyfaint (%) Cyfradd Tyllu Dŵr Môr heb ei Glorineiddio (mm/blwyddyn)Cyfradd Pyllau Mewn Dŵr Môr Clorinedig (1.5 ppm Cl2, mm/blwyddyn)Modd methiant yn dominyddu MnS (sylffid) 0.01 0.5-1.0<0.05 (MnS oxidized/dissolved) MnS is protective (oxidised to MnO)
TiN (nitrid) 0.001 0.05-0.10 0.3-0.8 TiN yn mynd yn fwy ymosodol (galfanig)
Cymysg (y ddau) 0.005 yr un 0.5-1.0 0.5-1.0 (TiN sy'n dominyddu)Newid o MnS i gychwyniad TiN
Al 2 O 3<0.05 <0.05 0.005 Unchanged (inert)
Manylebau ymarferol ar gyfer gwasanaeth 316L mewn dŵr môr clorinedig

Ar gyfer gwresogyddion gwain 316L a ddefnyddir mewn gwasanaeth dŵr môr clorinedig (0.5-2 ppm Cl₂, 40 gradd ), mae'r meini prawf canlynol yn lleihau pytiau sy'n gysylltiedig â TiN:

Clorin Gweddilliol (ppm) Tymheredd Dŵr Môr (oC) Max Caniatáu Ffracsiwn Cyfrol TiN (%) Arfer Gwneud Dur a Argymhellir Deunydd Amgen 0.5 30 0.005 AOD + triniaeth calsiwm 316L derbyniol 0.5-1.0 30 0.003 AOD + Ti isel (osgoi deoxidation Ti) 316L â monitro 0.5-1.0 30-40 0.001 VAR (gwactod Dumel arc remelted {SR}) remelted 2205 1.0-2.0 30-40 0.0005 (Ti-am ddim) VAR + Ti-ymarfer am ddim Duplex 2205 neu titaniwm2.0 Unrhyw Ti-am ddim (nid argymhellir 316) Amh. Titanium neu Alloy 625
Dilysiad Cynnwys Cynhwysiad TiN

Mae'r papur hwn yn cyflwyno'r gweithdrefnau dilysu ar gyfer prynwyr ar gyfer gwasanaeth dŵr môr clorinedig isel-TiN 316L. Yn gyntaf, archwiliad cemegol ar gyfer cynnwys titaniwm: Ti<0.005% (50 ppm) usually correlates to TiN volume fraction <0.001%. The second is the metallographic inspection (ASTM E45) with a scanning electron microscopy (SEM) for the direct counting of TiN inclusions (morphology-angular, cubic, gold-yellow colour in the reflected light). The acceptability threshold is less than 5 TiN inclusions per mm² greater than 2 µm. The third is an accelerated pitting test in which a sample is exposed to synthetic chlorinated seawater at 40°C for 1,000 hours. Acceptance criterion: No pits deeper than >20 μm.

Dynodiad Maes o Dyllu TNInduced

Os yw pyllau wedi'u canoli o amgylch cynhwysiadau onglog, lliw aur (a welir o dan y microsgop metelegol ar 500x), cynhwysiant TuN yw'r achos tebygol dros osod gwresogydd 316L mewn dŵr halen clorinedig o fewn 1-2 flynedd. Mae dadansoddiad EDS yn gwirio Ti ac N. Yn gyffredinol mae'r pyllau'n fach (10-50 µm o led) ond eto'n ddwfn, yn aml gyda'r gronyn TiN ar ôl ar waelod y pwll. Nid yw'r metel cyfagos yn dangos unrhyw dystiolaeth bellach o rwd. Yr ateb i fethiannau o'r fath yw dewis Ti-free 316L (titaniwm<0.005%) for future purchases. Temporary mitigation can be achieved by electropolishing of the sheath surface, removing the surface layer with exposed TiN inclusions.

Casgliad: Defnyddio TiN-316L am Ddim ar gyfer Gwresogyddion Dŵr Môr Clorinedig

Y prif safleoedd cychwyn tyllau ar gyfer gwresogyddion wedi'u gorchuddio â dur gwrthstaen 316L mewn dŵr halen wedi'i glorineiddio ar dymheredd o 40 gradd yw'r prif gynhwysiant titaniwm nitrid (TiN). Mae ffracsiynau cyfaint tin mwy na 0.002-0.005% yn arwain at ddwysedd pyllau o 2-15 pwll y cm2 o fewn 1,000-5,000 o oriau, gan arwain at drydylliad o fewn 2-5 mlynedd. Ar gyfer gwainiau 316L a ddefnyddir mewn cymwysiadau morol neu arfordirol â diheintio clorin, mae'n rhaid bod angen cynnwys Ti o dan 0.005% (di-Ti), rhaid dilyn arferion gwneud dur sy'n osgoi Ti deoxidation (yn ddelfrydol Al neu Si deoxidation), ac os yw gwasanaeth critigol yn gysylltiedig, mae ail-doddi VAR neu ESR i'w nodi i leihau poblogaethau cynhwysiant TiN i lai na 0%. Yma, rydym yn cysylltu canran cyfaint TiN â dwyseddau cychwyn pwll mesuradwy a bywyd gwasanaeth mewn dŵr môr clorinedig, gan ganiatáu i brynwyr ddewis tiwbiau 316L sy'n gwrthsefyll pytiau a achosir gan gynhwysiant yn y lleoliadau morol ocsideiddio mwyaf gelyniaethus.